Транспорт ионов

Транспорт ионов, перенос ионов через биологические мембраны в клетках и тканях живых организмов; обеспечивается пассивной проницаемостью биологических мембран или же активным транспортом ионов за счёт работы так называемых молекулярных насосов, встроенных в мембраны клетки или субклеточных частиц. Роль Т. и. исключительно важна для нормальной жизнедеятельности всех живых организмов. Благодаря Т. и. в клетке осуществляется поддержание оптимальной концентрации ионов К⁺, Na⁺, Н⁺, Ca²⁺ и др., которая, как правило, резко отличается от концентрации ионов в окружающей среде. Разница концентрации (градиент) ионов K⁺, Na⁺, Ca²⁺ внутри и вне клетки лежит в основе передачи возбуждения в организмах; градиентов ионов Н⁺ на мембране клеточных органелл митохондрий и хлоропластов обеспечивает запасание энергии в клетке при окислении биологическом и фотосинтезе. Т. и. Ca²⁺ из мышечной клетки приводит к расслаблению мышц, поступление этих ионов в цитоплазму при возбуждении вызывает мышечное сокращение.

  Поддержание градиента ионов на биологических мембранах осуществляется молекулярными насосами (см., например, «Натриевый насос»), работа которых обеспечивается, как правило, энергией, выделяемой при расщеплении аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ); таким образом, ионные насосы одновременно выполняют функцию ферментов, расщепляющих АТФ и называемых АТФ-азами. Наиболее важны 3 таких фермента: Н⁺ — АТФ-аза в митохондриях и хлоропластах, Ca²⁺ — АТФ-аза в мембранах мышечных и некоторых др. клеток и К⁺, Na⁺ — АТФ-аза в протоплазматических мембранах практически всех клеток. Расщепление АТФ при работе этих ферментов сопряжено с переносом соответственно ионов К⁺, Na⁺, Н⁺, Ca²⁺. Для регуляции внутриклеточных процессов (активация синтеза белков и др. веществ, запуск механизма клеточного деления и т.д.) большое значение имеют Т. и. Ca²⁺, Na⁺ и др. в клетку и Т. и. К⁺ из клетки, вызванные увеличением проницаемости мембран для этих ионов в результате открывания пор или активирования переносчиков соответствующих ионов в мембране. Этот процесс может включаться под действием нервного импульса, медиаторов (например, ацетилхолина) и гормонов; действие последних на Т. и. часто бывает не прямым, а опосредованным активацией ферментов в мембране или биосинтеза белков в ядре и цитоплазме при помощи системы циклических нуклеотидов. Нарушение нормального Т. и. лежит в основе многих заболеваний (некоторые виды отравлений, нарушения водно-солевого обмена, нарушение функции органов при недостатке кислорода или нарушении кровообращения, нарушение секреции медиаторов и гормонов, действие радиации и т.д.). Поэтому изучение влияния различных веществ на Т. и. необходимо для разработки новых методов диагностики и лечения, а также для создания новых лекарственных препаратов. См. также Биоэлектрические потенциалы, Мембранная теория возбуждения, Проницаемость биологических мембран.

  Лит.: Ташмухамедов Б. А., Гагельганс А. И., Активный транспорт ионов через биологические мембраны, Таш., 1973; Овчинников Ю. А., Иванов В. Т., Шкроб А. М., Мембрано-активные комплексоны, М., 1974; Скулачев В. П., Трансформация энергии в биомембранах, М., 1972; Маркин В. С., Чизмаджев Ю. А., Индуцированный ионный транспорт, М., 1974.

  Ю. А. Владимиров.